تحقیق مقاله عمر زمین

عمر زمین

دید کلی

از روزی که انسان برای نخستین بار شروع به نوشتن افکار خود کرد، پیوسته نگران موقعیت خود در عالم لایتناهی بوده است. لیکن تا سال 1788 و نوشته‌های «جیمز هاتن» ، مفهوم زمان تقریبا نامحدود ، تنها برای انسان دارای معنا بود و زمین صرفا در یک چارچوب موقتی مورد نظر قرار می‌گرفت. در اندیشه انسان قرون وسطی ، زمین از نظام بسته‌ای تشکیل می‌شد که از آغاز آن چندان وقتی نمی‌گذشت و عاقبت آن هم چندان دور نبود.

 

تاریخچه تخمین عمر زمین

از آنجایی که زمان غیر قابل لمس است، تصور ابعاد زمان نیاز به بصیرت ذهنی داشت که طبیعت ‌گرایان قرن هفدهم قادر به پذیرش آن نبودند، بنابراین نگرش قرون وسطایی کوتاه بودن زمان دنیوی همچنان باقی ماند. محققین مسیحی آن زمان بطور کلی می‌پنداشتند که سن زمین در حدود 6000 سال است، رقمی که بر اساس قبول نوشته‌های باستانی عبرانی قرار است.

سیر تحولی و رشد

تخمین عمر زمین از مدتهای بسیار طولانی فکر دانشمندان را به خود مشغول کرده بود. دانشمندان مختلف سعی داشتند با روشهای مختلفی سن کره زمین را تخمین بزنند که از آن جمله می‌توان تخمین عمر زمین را بر اساس شوری آب اقیانوسها و محاسبه میزان رسوبگذاری ذکر کرد. در سال 1897 ، فیزیکدان معروف «لرد کلوین» (Lord Kelvin) قدمت و عمر زمین را به این صورت تعریف نمود که زمین در ابتدا به حالت مذاب بوده و بعد سرد شده است. وی همچنین اظهار نظریه‌هایی را بر اساس فرضیه‌هایی در مورد منشأ و مبدا حرارت خورشید به عمل آورد و ادعا کرد زمین سنی در حدود 20 الی 40 میلیون سال دارد.

در اوایل قرن بیستم ، «رادرفورد» (Ruther Ford) و «هولمز» (Holmes) در انگلیس و «بولتوود» (Boltwood) در آمریکا دریافتند که تجزیه عناصر ناپایدار جهت تولید ایزوتوپهای رادیوژنیک می‌توانند برای تعیین سن کانیها و سنگهای پوسته کره زمین مورد استفاده قرار گیرند. ولی روشها و تکنیکهای تحلیلی در آن زمان آنقدر دقیق نبود که بتواند مقدار ایزوتوپهای رادیوژنیک موجود در سنگها را تعیین نماید. در نتیجه منحصرا بعد از سال 1950 که اسپکترومتر (Spectrometer) اختراع گردید، تعیین سن سنگها به طریق ایزوتوپی معمول گردید از این مقاله سعی می‌شود تا روشهایی را که از ابتدا برای برآورد عمر زمین مورد استفاده قرار گرفته، مورد بحث قرار دهیم و در نهایت به روشی که امروزه استفاده می‌شود و دقیقتر است، اشاره کنیم.

تخمین عمر زمین بر اساس شوری آب اقیانوسها

در سال 1715 «ادموند هالی» (Edmond Halley) ، منجم انگلیسی ، این مطلب را پیش کشید که سن زمین را می‌توان از روی مقدار شوری آب اقیانوسها محاسبه کرد. عملا نقشه این بود که مقدار شوری آب دریاها را با دقت تمام محاسبه و سپس عمل را ده سال بعد تکرار کنند، با محاسبه مقدار ازدیاد شوری آب در هر ده سال می‌توان زمان لازم برای تحصیل شوری آب فعلی را از آبهای شیرین اولیه بدست آورد. اگر هم چنین آزمایشی انجام شده باشد، هیچ ازدیادی در شوری آب اقیانوسها دیده نشد.

در اواخر قرن نوزدهم بعضی محققان با تجدید نظر در روش فوق و با تجزیه شیمیایی آب رودخانه‌ها ، مقدار سدیم اضافه شده به دریاها در هر سال توسط رودخانه‌های دنیا را محاسبه کردند. با دانستن حجم تقریبی آب اقیانوسهای امروزی و فرض اینکه آب اقیانوسهای اولیه شیرین بوده است و میزان ازدیاد سدیم توسط رودخانه‌های امروزی میانگینی برای تمام زمان زمین شناسی است، آنها زمان لازم برای تحصیل غلظت سدیم و شوری امروزی را محاسبه کردند. سرانجام نتیجه‌گیری کردند که از روز اولی که آب برای نخستین بار بر روی سطح زمین متراکم شد، 90 میلیون سال می‌گذرد. امروزه ما می‌دانیم که تخمین هالی از سن اقیانوسهای زمین به مراتب کمتر سن واقعی آنهاست. دلیل عمده آن هم این است که او تعویض سدیمی را که میان آب دریا و سنگهای پوسته کره زمینی صورت می‌گیرد، بسیار ناچیز می‌پنداشت.

 

تخمین عمر زمین بر اساس میزان رسوبگذاری

هر که سنگهای رسوبی را مطالعه کرده باشد، می‌داند که طبقه‌ای ضخیم از ماسه سنگ می‌تواند در عرض یک روز ته‌نشین شود یا لایه نازک گل رسی که روی آن قرار می‌گیرد، ممکن است برای ته‌نشین شدن به 100 سال زمان نیاز داشته باشد و سطح طبقه بندی میان آنها ممکن است نماینده مدت زمانی بیش از مجموع آنها باشد. برای ضخامت معینی از طبقات رسوبی میانگینی برای میزان رسوبگذاری وجود دارد. اگر تغییرات مهمی در شرایط محیط رسوبی رخ ندهد و فرسایش نیز در امر رسوبگذاری وقفه ایجاد نکند، ضخامت طبقات کم و بیش متناسب با زمان سپری شده خواهد بود.

زمین شناسان اواخر قرن نوزدهم تصور می‌کردند که می‌توانند در صورت تخمین میزان ته‌نشست در محیطهای رسوبی امروزی ، زمان مشخص شده توسط واحدهای سنگهای قدیمی مشابه را نیز معین کنند. آنها همچنین تصور می‌کردند که در صورت تعیین ضخامت کل طبقات رسوب کرده در گذشته ، خواهند توانست کل زمان زمین شناسی طی شده را تخمین بزنند.

تخمین عمر زمین بر اساس سرد شدن کره زمین

در بسیاری مناطق درجه حرارت معادن عمیق ازدیاد محسوس و یکنواختی را بر حسب ازدیاد عمق نشان می‌دهد. این افزایش حرارت نشان می‌دهد که دما از درون گرم زمین به طرف قسمت سرد خارجی آن جریان دارد و از پوسته زمین متصاعد می‌شود. این اتلاف گرما قابل اندازه گیری است و منطق « کلوین » (Kelvin) استدلال می‌کرد که اگر زمین با از دست دادن حرارت ، تدریجا در حال خنک شدن است، پس در زمان گذشته می‌بایست گرمتر بوده باشد. کلوین این پدیده را به صورت اتلاف حرارت از یک حالت مذاب اولیه در نظر گرفته بود و با مطالعه میزان جریان حرارت امروزی نشان داد که از نظر زمان زمین شناسی ، مسلما مدت زیادی از زمانی که زمین در حالت مذاب بوده، نگذشته است.

این زمان ظاهری تبلور پوسته جامد زمین ، حداکثر قدرت ممکن را برای حیات ، آنگونه که ما می‌شناسیم، مشخص کرد. عدم دسترسی به جزئیات مربوط به نقطه ذوب سنگها و هدایت گرما تحت شرایط حرارت و فشار زیاد ، مانع ارزیابی دقیق زمان تبلور می‌شد، لکن مدت تعیین شده بسیار کم بود. بر این اساس زمانی که کلوین بدست آورده بود، 100 میلیون سال بود.

مواد رادیواکتیو

بعضی از مواد معدنی دارای خاصیت رادیواکتیو هستند، بدین معنی که از خود سه نوع اشعه خارج می‌سازند. اشعه خارج شده یا دارای بار الکتریکی مثبت است، که در این صورت به نام پرتو آلفا خوانده می‌شود و یا دارای بار اکتریکی منفی است که اشعه بتا خوانده می‌شود. نوع سوم اشعه که نزدیک به اشعه ایکس است، از نظر الکتریکی خنثی است و به نام اشعه گاما خوانده می‌شود. در اثر صدور این ذرات ، به مرور جسم به مواد دیگر تبدیل می‌شود.

مدت زمانی را که جهت نصف شدن اتمهای اولیه لازم است، به نام زمان نیم عمر می‌خوانند. زمان نیم عمر اجسام مختلف ، متفاوت است و از چند ثانیه تا چند میلیارد سال تغییر می‌کند. سنگهای تشکیل دهنده زمین معمولا حاوی یک یا چند ماده رادیواکتیو نظیر اورانیوم ، رادیوم ، توریوم و پتاسیم و... هستند. با در دست داشتن سرعت تجزیه و اندازه گیری مقدار اولیه و ماده تبدیل شده موجود در نمونه ، می‌توان زمانی را که از تجزیه نمونه می‌گذرد، بدست آورد و بر اساس همین روش است که سن زمین تعیین شده است.

تخمین سن زمین بر اساس سنگهای آسمانی

قسمت اعظم و در ضمن قدیمیترین بخش تاریخ زمین شناسی را بخش پرکامبرین تشکیل می‌دهد که معمولا از نظر سنگ شناسی مشخص است و می‌توان سنگهای متعلق به آن را را تشخیص داد. آزمایشات مختلف بر روی سنگهای این بخش ، اعداد متفاوتی را بدست داده که کمترین آنها 600 میلیون سال و بیشترین آنها 3.5 میلیارد سال است. اگر تصور کنیم که پرکامبرین از 3.5 میلیارد سال پیش شروع شده ، زمان تشکیل زمین مسلما از این عدد بیشتر است و بنابراین برای تعیین سن زمین از عوامل دیگر نیز بایستی کمک گرفت.

یکی از این عوامل ، سنگهای آسمانی است. از آنجا که مطابق تمام نظریات موجود ، تشکیل زمین و سایر سیارات منظومه شمسی همزمان بوده است، با تعیین سن این سنگها می‌توان سن واقعی زمین را بدست آورد. حداکثر سنی که تا به حال برای سنگهای آسمانی بدست آمده 4،6 میلیارد سال بوده است. یکی دیگر از عواملی که به تعیین سن زمین کمک می‌کند، نمونه‌هایی است که از ماه گرفته شده و بر اساس تجزیه نمونه‌های مذبور عددی نظیر عدد فوق برای آنها حاصل شده است. بدین ترتیب می‌توان عدد 4،6 میلیارد سال را برای سن زمین در نظر گرفت.

نابودی زمین

مقدمه

عواملی وجود دارند که ممکن است در آینده باعث نابودی و یا تغییر در شرایط اقلیمی و از بین رفتن حیات در کره زمین شوند. بعضی از این عوامل که زائیده دست بشر است تا گذشته‌های ‌خیلی نزدیک اهمیت چندانی نداشت ولی امروزه نمی‌توان از آنها چشم پوشی کرد ، مثلا قطعه درختان جنگلی و افزایش دی‌اکسید کربن اتمسفر و سوراخ شدن لایه ازن. عوامل دیگری نیز وجود دارند که آدمی نمی‌تواند آنها را کنترل کند و این عوامل طبیعی ممکن است که در آینده باعث نابودی کره زمین شوند. در این مقاله سعی می‌شود تا حدودی به شرح این عوامل بپردازد.

شکار بی رویه حیوانات ممکن است که باعث نابودی آنها شود مثلا شکار ماموتها‌ توسط انسان با از بین رفتن نسل این حیوان شده است و امروزه فقط اجساد باقیمانده این جانور عظیم الجثه را در میان یخهای سیبری می‌توان پیدا کرد. از میان دیگر قربانیها به پرنده قطبی اوک (Auk) باید اشاره کرد که طی 150 سال اخیر شکار گردیده و کلا نابود شده است و روند شکار پارهای ‌جانوران دیگر نیز بسیار خطرناک و هشدار دهنده است. قطعه درختان جنگلی ، پاکسازی بیشه را رها و گسترش کشتزارها و توسعه روز افزون شهرها را نیز باید از جمله عوامل دانش و گریزاندن جانوران از دادگاه خویش به شمار آورد.

 

آلودگی محیط زیست

مساله آلودگی محیط نیز بسیار جدی و سه طور فزآیندهای ‌خطرناک و هشدار دهنده است. مقدار دی‌اکسید کربن موجود در جو زمین هماهنگ با پیشرفت صنایع به شدت رو به فزونی است و ارائه آن زیانها‌ی جبران ناپذیری به همراه خواهد داشت. بیشتر افزایش دی‌اکسید کربن در جو ناهید موجب گردیده تا دمای سطحی سیاره مزبور به حدود 540 درجه سانتی گراد بالا رود و ان را به جهنمی سوزان مبدل سازد. پاره‌های ‌فعالیتها‌ی صنعتی نوین موجب می‌گردد که میزان دی‌اکسید کربن کره مسکونی ما نیز فزونی یابد و دگرگونی خطرناکی را در اقلیم زمین باعث گردد. کشور آمریکا بزرگترین کشور آلوده کننده زمین می‌باشد که به تنهایی در حدود 40 در صد از دی‌اکسید کربنی که وارد جو زمین می‌شود را تولید می‌کند.

جنگ اتمی

تهدید کننده‌ترین خطرات ، احتمال وقوع جنگ جهانی و کاربرد سلاحهای اتمی است. تاثیر جنگ افزارهای اتمی و عدم کنترل صحیح مواد رادیواکتیو نه تنها به نابودی انسان و دیگر موجودات کنونی زمین می‌انجامد بلکه امکان تجدید حیات از سیاره خاکی را نیز برای همیشه از بین خواهد برد.

تاثیر خورشید

به جز موارد قبلی که زائیده دست انسان است، رویدادهای دیگری نیز وجود دارد که از توان کنترل آدمی به دور است. حیات زمین کاملا به خورشید وابسته است و هر گونه تغییری درباره آن ولو خیلی ناچیز هم که باشد به ضایعات مرگباری مبدل می‌گردد و اثرات ، مطلوبی به جای می‌گذارد. آب و هوای زمین طی عصر یخبندان کوچک یعنی حدود قرن هفدهم میلادی بطور کاملا محسوس سردتر از امروزه بوده است. بین سالهای 1850 تا 1940 دوره نسبتا گرمی جایگزین آن گردید، اما این که دوره سرد احتمالا یخبندان بعدی کی آغاز خواهد شد، معلوم نیست و هیچگونه شواهدی دال بر این که شرایط معتدل کنونی تا چه زمان به درازا خواهد کشید در دست نداریم.

گذشته‌ها‌ نشان داده که دورهها‌ی میان دو یخبندان گاه به بیش از ده هزار سال به درازا کشیده است ولی در هر صورت مسلم این است که دوره یخبندان دیگری در پیش خواهیم داشت. بدون تردید انسان با اتکا به نیروی تفکر و اندیشه که از ویژگیهای او به شمار می‌آید از این مهلکه جان سالم به در خواهد برد، ولی در عین حال باید گفت که این مبارزه به قیمت کاهش جمعیت جهان تمام خواهد شد.

برخورد سنگهای آسمانی

خطر ناشی از برخورد سنگهای آسمانی با زمین را نیز نباید از قطر دور داشت گرچه تصادف سنگهای آسمانی به نابودی زمین نخواهد انجامید ، اما دگرگونیهایی را در شرایط اقلیمی زمین موجب خواهد شد، سرنوشت دایناسورها می‌تواند گواهی بر این ادعا باشد. گفته می‌شود که دایناسورها در اثر برخورد سنگ آسمانی بسیار عظیمی منقرض شده‌اند. سنگهای آسمانی که به زمین برخورد می‌کنند در بدو پیدایش زمین بسیار زیاد بوده است و رفته رفته از تعداد آنها و نیز اندازه آنها کاسته شده است. همچنین این سنگها وقتی به جو زمین برخورد می‌کنند در اثر اصطکاک سوخته می‌شوند و اندازه آنها بسیار کوچک می‌شود و حتی ممکن است به صورت گرد و غبار در آیند و به زمین نرسند.

واژگونی قطبها‌ی مغناطیسی زمین

واژگونی قطبها‌ی مغناطیسی زمین نیز ضایعه ساز خطرناکی به شمار می‌آید. این دگرگونی در زمانی آغاز خواهد شد که اثرات فعلی میدان مغناطیسی زمین متوقف شود در خاصیت مگنتوسفر (Magnetosphere) که نقش سیر محافظ زمین را به عهده دارد زایل شود و راه را بر روی پرتوهای کیهانی بگشاید و صحنه حیات بخش زمین را میدان تاخت و تاز اشعه مرگبار کیهانی قرار دهد. دانشمندان اثبات کرده‌اند که هسته داخلی زمین که جامد است در حال بزرگ شدن است یعنی به اندازه آن افزوده می‌شود و از اندازه هسته خارجی مایع کاسته می‌شود. در اثر بزرگ شدن هسته جامد زمانی می‌رسد که دیگر هسته مایعی وجود نخواهد داشت و در این هنگام مغناطیس زمین بکلی از بین خواهد رفت. زیرا همانگونه که می‌دانیم هسته خارجی و داخلی به عنوان یک دینام عمل می‌کنند و باعث ایجاد میدان مغناطیسی زمین می‌شوند.

وقتی که خورشید بمیرد ...

در قانون طبیعت عمر ابدی مفهومی ندارد و طبیعتا برای خورشید هم استثنا قائل نخواهد شد. هیدروژن کره گرم و حیاتبخش خورشید نیز سرانجام روزی به پایان خواهد رسید و دگرگونیهایی در ساختار آن پدید خواهد آمد. توده مرکزی آن جمع و گداخته می‌گردد و توده‌ها‌ی سطحی باد کرده و متورم و سرد می‌شود و خورشید ما را به ستاره سرخ عظیمی مبدل می‌سازد.

این فعل انفعالات بازده حرارتی خورشید را برای مدتی لااقل صد بار بیشتر از بازده حرارتی امروزی بالا خواهد برد و حتی اگر کره زمین جان سالم به در برد، خصیصه حیاتی آن برای ابد از میان خواهد رفت. طی این تحولات اقیانوسها‌ به جوش آمده و آب آنها تبخیر خواهد شد. جو آن که نسبت به وضع فعلی به شدت دگرگون گردیده است پراکنده می‌گردد و دنیای پرتلاش و امیدوار کننده انسان را به دیار خاموشان مبدل می‌سازد.

پایان عمر زمین چه زمانی است؟

خوشبختی در آن است که این رویدادها حداقل زودتر از 4000 میلیون سال دیگر و شاید هم بیشتر به وقوع نخواهد پیوست. گفتن این که حیات ذی شعور انسانی تا ادوار بعدی همچنان باقی خواهد ماند، جرات می‌خواهد. نیروی تفکر و اندیشه انسانی که تاکنون از ویژگیها‌ی آدمی محسوب می‌گردد، شاید مسائل بسیاری را پاسخگو باشد اما این که آیا جوابگوی رویدادهای غیر قابل پیش بینی نیز خواهد بود یا نه ، خود مساله‌ای ‌است. ولی در هر حال انسان بایستی به اتکا نیروی خود از هیچ تلاشی برای ادامه حیات و بقای خویش فرو گذار نباشد و از تباه سازی محیط زیست خود سخت بپرهیزد.

عمر کائنات

دید کلی

طبق نظریه انفجار بزرگ ، جهان آغازی داشته است. این آغاز که همان لحظه انفجار اولیه بوده است، بطور دقیق معلوم نیست کی بوده است. ستاره‌ها و کهکشانهایی با میلیاردها سال نوری فاصله توسط تلسکوپها رویت شده اند. پس مسلما باید عمر جهان مساوی یا بیشتر از عمر این ستاره‌ها باشد. برای تعیین این مقدار باید فاصله کهکشانهای دوردست را بدانیم ولی ژرفای کیهانی بر ما نامعلوم است و اندازه گیری فاصله کهکشانها بسیار مشکل می‌باشد. تمامی شک و تردیدها پیرامون برآورد عمر عالم ، ناشی از شک و تردیدهایی است که در اندازه گیری این فاصله‌ها وجود دارد. امروزه برای اندازه گیری سن کائنات ، از سه روش مختلف استفاده می‌شود. که هرسه تقریباً به نتیجه مشابهی می‌رسند.

تعیین عمر کائنات با حرکت کهکشانها

حرکت فرار کهکشانها برای ما به منزله یک ساعت شنی کیهانی ، برای تاریخ بندی کائنات است. سرعت دور شدن این کهکشانها متناسب با فاصله‌ای است که از ما دارند. بنابراین چنانچه فاصله کهکشانی دو برابر فاصله کهکشان دیگر باشد، کهکشان دورتر با سرعتی دوبرابر سرعت کهکشان نزدیک از ما دور می‌شود. با قبول نظریه انفجار بزرگ ، جریان زمان را به لحظه ای بر می گردانیم که همه کهکشانها کنار هم جمع بودند. این لحظه که می‌توان آنرا سپیده دم کائنات نامید، حدود 15 میلیارد سال قبل بوده است. این زمان صفر نقطه مرجع ساعت کیهانی ما خواهد بود.

سن پیرترین ستارگان

عالم ما در درون خود ، اجسامی مثل زمین و ستاره‌های کهنسال دارد که می‌توان سن آنها را معلوم کرد. این سن باید مساوی یا کمتر از سن کائنات باشد، زیرا نمی‌توان کائناتی را فرض کرد که اشیا درون آن عمر بیشتری از خود داشته باشند. در این روش فرض کنیم که نخستین ستارگان بلافاصله پس از ولادت کائنات متولد شده‌اند. برای اندازه گیری عمر آنها به مساله انرژی متوسل می‌شویم. نور ستارگان حاصل از سوختن ذخیره هسته‌ای آنهاست. این سوختن از هیدروژن و هلیوم آغاز شده و به سوختن اتم‌های سنگین می‌رسد.

ستارگان تا زمانیکه ذخیره سوختی داشته باشند، باقی می‌مانند، سپس با تمام شدن این ذخیره تغییر ساختار داده و می‌میرند. همه ستارگان به یک اندازه عمر نمی‌کنند. ستاره‌های حجیم و درخشان عمر کوتاهتری دارند. ستارگان بصورت گروهی به دنیا می‌آیند (خوشه). هر خوشه در زمان تولد خود شامل طیف گسترده‌ای از انواع ستارگان است. بنابراین سن هر خوشه را می‌توان از سن ستارگان سالخورده‌اش حدس زد. در کهکشان ما ستارگانی با 14 تا 16میلیارد سال